澳大利亚PN机车滚动抱轴箱铸造生产实践

（中车戚墅堰机车有限公司，江苏常州213011）

澳大利亚PN机车滚动抱轴箱铸造生产实践

刘健明，刘亚

（中车戚墅堰机车有限公司，江苏常州213011）

针对滚动抱轴箱的产品结构特点及质量要求，对抱轴箱合理地进行了铸造工艺设计，并在生产过程中采取了一系列措施来保证产品质量，成功地生产出了合格的铸件。

抱轴箱；铸造工艺；生产实践

澳大利亚P N机车是我公司生产制造内燃机车出口发达国家的首例，生产过程的各个环节都受到了第三方监造公司的严格审查。滚动抱轴箱作为转向架轮对部分的关键零部件成为了我公司铸钢件产品生产的重中之重。本文作者根据抱轴箱的生产制造过程，对抱轴箱的铸造工艺及铸造生产实践进行了探讨。

1 产品简介

该抱轴箱的产品尺寸为783 mm×430 mm× 420 mm，重160 kg，产品结构如图1所示。产品结构复杂，热节多，壁厚不均匀，最大壁厚达105 mm，尺寸精度为C T11级，同轴度等要求较高，铸件表面不允许存在裂纹等线性缺陷，铸件表面的气孔、夹砂、夹渣、冷隔等缺陷需满足A S T M A802/A802M-2006中Ⅱ级的规定，而且抱轴箱Ⅰ区精加工表面不允许存在任何铸造缺陷。该抱轴箱材质为C级钢（正火+回火），其主要化学成分及力学性能见表1和表2.

2 铸造工艺

图1 抱轴箱示意图

表1 化学成分（质量分数，%)

2.1 铸件的工艺性分析

从抱轴箱的外形结构分析，抱轴箱两端及支架部分的厚大热节处容易产生缩孔、缩松等缺陷。背部的铸筋与箱体连接的拐角部分容易产生裂纹、缩孔等铸造缺陷。同时根据抱轴箱的质量要求，Ⅰ区圆弧热节处也极易产生裂纹、缩孔缺陷。铸造工艺需合理的设计冒口及冷铁等工艺措施对铸件关键区域进行补缩，防止裂纹、缩孔、缩松等铸造缺陷的产生。

表2 力学性能

2.2 型砂

造型、制芯选择了我公司特有的“七零砂”即水玻璃石灰石砂。原砂选用20/40目砂和40/70目砂各百分之五十进行混制，水的质量分数控制在2.8%～4.8%，湿压强度控制在0.006 M P a～0.010 M P a.水玻璃石灰石砂有以下优点：溃散性好，出砂较普通水玻璃石英砂容易；型砂退让性好，铸件不易产生裂纹；而且由于石灰石高温下分解为C a O，耐高温，可避免铸件粘砂；型砂成本低。

但是型砂的发气量大，铸件易产生气孔缺陷，要求型砂的透气性要好；浇注时产生大量C O2和C O，容易造成操作人员中毒，因此浇注场地应开阔，通风良好。综合考虑后确定型砂工艺参数，见表3所示。

表3 型砂工艺参数

外模上型可C O2硬化，下型需炉气烘干，同时砂芯进烘干炉。砂型及砂芯经过烘干可以增加其强度和透气性，减少浇注过程中的发气量，保证铸件质量[1]。

2.3 冒口、冷铁设置

根据抱轴箱的结构特点，选择了在铸件的中间位置分型，有利于实现铸件的顺序凝固及补缩。浇注系统采用开放式，中间注入的形式。在两端外圆顶部各设置了一只腰圆形明冒口进行补缩。在关键区域安装平面靠近Ⅰ区圆弧的位置各设置了一只发热保温冒口（共4只）进行补缩，防止Ⅰ区热节部位产生缩孔、缩松缺陷，发热保温冒口比普通纤维保温冒口补缩效率要高，补缩效果更好，目前发热保温冒口技术已广泛应用于铸钢件生产，并取得了显著的效果[2～4]。为了保证铸件下半部分及支架位置的补缩，在中间砂芯的两端相应位置也各设置了一只发热保温暗冒口。由于支架不在中间位置，我们将其上方的暗冒口进行了适当的偏移。位于该冒口水平位置的另一侧由于冒口的水平补缩距离不够，容易产生缩孔、缩松缺陷。P N抱轴箱没有发现此类问题，但是其他抱轴箱如H X N5B抱轴箱就出现了上述问题，可适当在该位置增设冷铁来增加冒口的水平补缩距离。而且这两只暗冒口的出气位置距离两端明冒口较近，所以一定要设置好位置，避免明冒口的冒口圈将其盖住，影响铸型的排气通畅。铸造工艺见图2、图3.

图3 铸造工艺示意图

为了防止铸件产生裂纹，提高组织的致密性，在铸件背部的热节部位以及箱体与两端外圆连接的转角部位均设置了外冷铁。这样可保证铸件的顺序凝固，提高冒口的补缩效果，防止铸件产生裂纹、缩孔、缩松等缺陷。

3 熔炼控制

采用电弧炉氧化法熔炼钢水，应避免硫、磷、铜含量较高的废钢入炉。浇注温度为1 570℃～1 585℃.严格控制化学成分，特别是S、P等有害元素，S≤0.025%、P≤0.025%，可有效防止或减少热裂倾向[1]。

4 生产过程控制

P N抱轴箱在生产初期因成品加工面铸造缺陷较多，较大，超出企业标准要求，报废率很高。为了减少抱轴箱加工表面的铸造缺陷，提高其产品合格率，我们设置了粗加工返修及半精加工返修工序。

粗加工返修工序对铸件进行磁粉探伤，缺陷焊修修复后做消除应力整体回火热处理。半精加工返修工序对铸件进行磁粉探伤、着色渗透探伤、超声波探伤。磁粉探伤对裂纹、未熔合等缺陷极为灵敏，着色渗透探伤主要针对加工表面的缩松、砂眼等缺陷。同时为了进一步提高产品质量，减少成品精加工表面的铸造缺陷，对半精加工的加工余量进行了控制，要求半精加工余量须达到0.5 mm.焊修完毕复探合格后需对铸件进行消除应力局部回火处理。焊接后的焊缝及热影响区的H B W硬度应不高于本体100.

P N抱轴箱材质为C级钢，较B级钢铸件的焊接性要差，焊接过程中极易产生撕裂及焊接裂纹。在焊修前一定要将缺陷清除干净，并采用磁粉探伤法检查。由于电弧冷焊时，铸件受热不均匀，焊缝和近缝区冷却速度很快，极易在铸件中产生较大的内应力而导致焊接裂纹，因此应对焊修区域做焊前预热处理，并在焊接过程中每层中间采用尖头锤敲击焊缝，进行应力释放。缺陷修复可采用钨极氩弧焊和焊条电弧焊焊接。钨极氩弧焊热输入较小，因此相比其他焊接方法焊接变形量小，但是焊修效率较低，可应用于尺寸精度要求高的区域。电弧焊焊缝熔合性更好，而且熔敷效率相对较高。

5 结论

抱轴箱裂纹、夹砂、缩孔缩松缺陷较多，在生产过程中需要重点关注造型时冒口及冷铁的放置情况。

为了避免抱轴箱缺陷超标，降低产品报废，可以通过在生产过程中设置多道工序进行控制，提高产品质量。我公司在抱轴箱生产过程中采取了一系列的工艺措施，并设置了粗加工返修及半精加工返修等多道工序进行控制，成功地生产出了合格的铸件产品（见图4），获得了第三方监造公司的审核通过及澳方的认可。同时为其他车型抱轴箱的生产提供了借鉴作用。

图4 抱轴箱产品图

［1］中国机械工程学会铸造分会.铸造手册：第5卷铸造工艺［M］.北京：机械工业出版社，2003.

［2］王进兴，徐荣发.发热保温冒口在铸钢件上的应用试验与研究［A］.2009中国铸造活动周论文集［C］.沈阳：中国铸造学会，2009：463-472.

［3］樊安国，徐家颖.Kalminex xp发热保温冒口在铁路货车转向架铸钢件上的应用［J］.铸造，2005（6）：83-85.

［4］李金峰.发热保温冒口在汽车铸件生产中的应用［J］.现代铸铁，2011（2）：36-40.

Casting Production Practice for the U-tube of Australia PN Locomotive

LIU Jian-ming，LIU Ya
（CRRC QISHUYAN CO.，LTD.，Changzhou Jiangsu 213011，China）

In view of the product structure characteristics and quality requirements of the U-tube，we carry on the casting process design reasonably for the U-tube，and adopt a series of measures to ensure the product quality in the process of production and then succeeded in producing the qualified castings.

U-tube，casting process，production practice

TG242

A

1674-6694（2016）06-0044-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.06.014

2016-09-11

刘健明（1986-），男，学士，主要从事铸造工艺及技术管理工作。